Les supercondensateurs rivalisent avec les batteries en matière de stockage d’énergie et les surpassent en matière de distribution d’énergie
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Des ingénieurs australiens ont fait un grand pas en avant dans la course mondiale à la construction de dispositifs de stockage d’énergie à la fois rapides et puissants, ouvrant la voie à des applications de nouvelle génération dans les transports électrifiés, la stabilisation du réseau et l’électronique grand public.
Dans une étude publiée aujourd'hui dans Nature Communications , l'équipe révèle un nouveau type de matériau à base de carbone qui permet aux supercondensateurs de stocker autant d'énergie que les batteries plomb-acide traditionnelles, tout en fournissant de l'énergie beaucoup plus rapidement que les batteries conventionnelles ne peuvent le faire.
Les supercondensateurs constituent une nouvelle catégorie de dispositifs de stockage d'énergie qui stockent la charge de manière électrostatique, plutôt que par des réactions chimiques comme les batteries. Jusqu'à présent, le principal obstacle résidait dans le fait que seule une petite fraction de la surface du matériau carboné, essentielle au stockage de l'énergie, était exploitable.
Le professeur Mainak Majumder, directeur du centre de recherche ARC pour la fabrication avancée avec des matériaux 2D (AM2D), basé au département de génie mécanique et aérospatial de Monash, était membre de l'équipe de recherche.
« Notre équipe a montré comment libérer une plus grande partie de cette surface en modifiant simplement la façon dont le matériau est traité thermiquement », a déclaré le professeur Majumder.
« Cette découverte pourrait nous permettre de construire des supercondensateurs à charge rapide capables de stocker suffisamment d’énergie pour remplacer les batteries dans de nombreuses applications et de la restituer beaucoup plus rapidement. »
Le secret réside dans une nouvelle architecture matérielle développée par l’équipe, appelée oxyde de graphène réduit multi-échelle (M-rGO), qui est synthétisé à partir de graphite naturel – une ressource australienne abondante.
Grâce à un procédé de recuit thermique rapide, les chercheurs ont créé une structure de graphène fortement incurvée, dotée de voies précises permettant aux ions de se déplacer rapidement et efficacement. Le résultat est un matériau offrant à la fois une densité énergétique et une densité de puissance élevées, une combinaison rarement atteinte dans un seul dispositif.
Le Dr Petar Jovanović, chercheur au sein du pôle ARC AM2D et co-auteur de l'étude, a déclaré que lorsqu'ils étaient assemblés dans des dispositifs à cellules en poche, les supercondensateurs Monash offraient :
- Densités d'énergie volumétriques allant jusqu'à 99,5 Wh/L (dans les électrolytes liquides ioniques)
- Densités de puissance pouvant atteindre 69,2 kW/L
- Capacités de charge rapide avec une excellente stabilité du cycle.
« Ces indicateurs de performance sont parmi les meilleurs jamais enregistrés pour les supercondensateurs à base de carbone et, surtout, le processus est évolutif et compatible avec les matières premières australiennes », a déclaré le Dr Jovanović.
Le Dr Phillip Aitchison, directeur technique d'Ionic Industries, une société dérivée de l'université Monash, et co-auteur de l'étude, a déclaré que la technologie est désormais commercialisée.
« Ionic Industries a été créée pour commercialiser des innovations telles que celles-ci et nous produisons désormais des quantités commerciales de ces matériaux à base de graphène », a déclaré le Dr Aitchison.
« Nous travaillons avec des partenaires de stockage d'énergie pour apporter cette avancée aux applications axées sur le marché, où une énergie élevée et une alimentation rapide sont essentielles. »